(57)【要約】【課題】液体を吸引する際に、ノイズの影響を抑えて液面を精度よく検出する。【解決手段】発振器３０から１３０ｋＨｚの交流信号を発生させる。変調回路３１は、吸引プローブ１４の昇降による静電容量Ｃ１の変化に応じた静電容量指標信号によって前記交流信号を変調する。第１フィルタ回路３２により、１３０ｋＨｚの交流信号を通して増幅した後、検波回路３３で検波する。この検波した信号を、第２フィルタ回路３４で２ｋＨｚの交流信号を通して増幅する。第１比較器３５により、第２フィルタ回路３４からの出力を第１基準電位信号Ｖｒｅｆ１と比較し、プローブ先端１４ａが液面に接触したか否かを判定する。第１及び第２フィルタ回路３２，３４によりノイズの影響が抑えられ、液体の液面が精度よく検出される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液面に対して相対的に昇降する導電性部材を利用して液面を検知する液面検知装置において、
第１の周波数で発振し交流信号を出力する発振器と、
この発振器の交流信号を、前記導電性部材による静電容量の変化に応じた静電容量指標信号により変調する変調回路と、
この変調回路からの信号に対し前記第１の周波数成分を通過させる第１のフィルタ回路と、
第１のフィルタ回路の出力信号を検波する検波回路と、
前記検波回路の出力信号に対し前記静電容量指標信号の周波数である第２の周波数成分を通過させる第２のフィルタ回路と、
第２のフィルタ回路の出力信号を液面接触参照信号と比較して前記導電性部材が液面に接触したことを検知する比較器とを有することを特徴とする液面検知装置。
【請求項２】
前記発振器により発振する周波数を、前記容量指標信号の周波数の５０倍以上とすることを特徴とする請求項１記載の液面検知装置。
【請求項３】
前記発振器により発振する周波数を１００〜２０００ｋＨｚとすることを特徴とする請求項１または２記載の液面検知装置。
【請求項４】
前記比較器は、液面離脱参照信号と比較して液面から導電性部材の離脱を検知することを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の液面検知装置。
【請求項５】
前記導電性部材は液体を吸引または排出するプローブであることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の液面検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液面検知装置に関し、特に吸引プローブ先端が液面に接触したか否かを静電容量方式で検知する液面検知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動分析装置において、試薬、検体、及び希釈液などの液体を一方の容器から他方の容器に注入する場合に、液体の吸引時に、プローブ先端を液面から深く挿入してしまうと、プローブの外周面に付着した液体量が無視できなくなり、例えばコンタミネーション、プローブ移動中の液滴落下や飛散、注入量の誤差などが発生する。このため、吸引プローブ先端が液面に接触したか否かを正確に検知し、不必要にプローブ先端を液内に挿入することがないようにしている。この自動分析装置における液面検知では、例えば特許文献１ないし３に記載のように、静電容量の変化で吸引プローブが液面に接触したか否かを判定している。
【０００３】
例えば、特許文献１では、プローブと液体容器保持架台との間の静電容量の変化を利用して、容器内の液体の液面を検知している。また、特許文献２では、電気信号供給手段とプローブとの間に高抵抗を介在させ、高抵抗の両端の信号を取り出して整流後の波形変化で液面を検知している。また、特許文献３では、信号源に接続された電極と、検出用の受信電極とを持ち、受信信号を検波微分した出力により液面を検知している。
【特許文献１】特公平６−７１１２号公報
【特許文献２】特開平６−２１３６９９号公報
【特許文献３】特開平６−２４１８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記いずれの方法でも、検知感度を高くすると外乱により誤検知が発生し易くなるという問題がある。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、検知感度を上げても外乱による誤検知の発生を抑えるようにした液面検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、液面に対して相対的に昇降する導電性部材を利用して液面を検知する液面検知装置において、第１の周波数で発振し交流信号を出力する発振器と、この発振器の交流信号を、前記導電性部材による静電容量の変化に応じた静電容量指標信号により変調する変調回路と、この変調回路からの信号に対し前記第１の周波数成分を通過させる第１のフィルタ回路と、第１のフィルタ回路の出力信号を検波する検波回路と、前記検波回路の出力信号に対し前記静電容量指標信号の周波数である第２の周波数成分を通過させる第２のフィルタ回路と、第２のフィルタ回路の出力信号を液面接触参照信号と比較して前記導電性部材が液面に接触したことを検知する比較器とを有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、前記発振器により発振する周波数を、前記容量指標信号の周波数の５０倍以上とすることを特徴とする。なお、前記発振器により発振する周波数を１００〜２０００ｋＨｚとすることが好ましい。また、前記比較器は、液面離脱参照信号と比較して液面から導電性部材の離脱を検知することが好ましい。前記導電性部材は液体を吸引または排出するプローブであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
発振器により第１の周波数で発振して交流信号を出力し、変調回路により前記交流信号を、導電性部材による静電容量の変化に応じた静電容量指標信号により変調し、この変調回路からの信号に対して前記第１の周波数成分を第１フィルタ回路により通過させた後に検波回路で検波し、この検波回路の出力信号に対して前記静電容量指標信号の周波数である第２の周波数成分を第２フィルタ回路により通過させ、比較器により第２フィルタ回路の出力信号を液面接触参照信号と比較して液面に導電性部材が接触したか否かを検知するから、それぞれのフィルタ回路の増幅率を高くしても外乱によって液面を誤検知するおそれもなく、液面を精度よく検知することができる。
【０００９】
特に、発振器により発振する周波数を、前記静電容量指標信号の周波数の５０倍以上とすることにより、それぞれをその周波数成分だけ増幅することができ、液面を高精度に検知しつつ、電源周波数に同調したノイズや高周波のノイズがあっても、誤検知がおきにくくなる。また、発振器により発振する周波数を１００〜２０００ｋＨｚとすることにより、電磁妨害波の発生を抑止することができ、さらに発振器により発振する周波数を４００ｋＨｚ以上とすることにより、超音波機器のノイズを受けにくくすることができる。
【００１０】
比較器は、液面離脱参照信号と比較して液面から導電性部材の離脱を検知することにより、液面に接触した状態の他に液面から離脱した状態も精度よく検知することができる。前記導電性部材は液体を吸引または排出するプローブとすることにより、プローブの液面への挿入量を精度よく制御することができ、プローブ外周面への液体の余分な付着などが抑えられ、生化学分析装置などにおいて液体の点着を精度よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に示すように、本発明を実施した液体供給装置１０は、液給排機構としてのシリンジポンプ１１と、ポンプ駆動部１２と、エアチューブ１３と、吸引プローブ１４と、プローブ移動部１５と、コントローラ１７と、液面検知部１８とから構成されている。コントローラ１７は、液面検知部１８の液面検知信号に基づき各部を制御して、検体容器２０内の液２１を吸引し、この吸引した液２１を検査チップ２２に点着させる。なお、吸引プローブ１４には、検体毎に交換可能とする吸引チップを挿着することも可能である。
【００１２】
吸引プローブ１４はプローブ先端１４ａを下向きにして設置されており、上部にエアチューブ１３の一端が接続されている。エアチューブ１３の他端はシリンジポンプ１１に接続されている。シリンジポンプ１１は、ポンプ駆動部１２により駆動される。ポンプ駆動部１２は、モータ２５と、このモータ２５の回転を往復移動に変換する送りネジ機構２６とから構成されている。そして、モータ２５を正転または逆転することにより、シリンジポンプ１１内のプランジャ２７を往復移動させ、吸引プローブ１４から液２１を吸引し、またはこの吸引した液２１を排出する。なお、モータ２５の回転をプランジャ２７の往復移動に変換する機構としては、送りネジ機構２６に限られず、ボールネジ機構やラックアンドピニオン、その他の変換機構を用いてよい。
【００１３】
プローブ移動部１５は、図示しない昇降ユニットと水平移動ユニットとを備えており、吸引プローブ１４を、検体である液２１を収納する検体容器２０と、検査チップ２２との間で水平移動させるとともに昇降させる。そして、プローブ先端を検体容器２０内の液２１中に入れて、液２１を吸引し、この吸引した液を排出位置にセットされた検査チップ２２に滴下する。
【００１４】
本発明の液体供給装置１０は、例えば、医療機関、研究所などで用いられる生化学分析機に組み込まれる。生化学分析機は、検体の小滴をドライタイプの乾式分析素子や電解質スライド（乾式イオン選択電極フィルム）などの検査チップ２２に点着させて、この点着した検査チップ２２を例えば比色測定や電位差測定することにより、物質濃度を求める。
【００１５】
コントローラ１７は、液面検知部１８の液面検知信号に基づきポンプ駆動部１２のモータ２５とプローブ移動部１５とを制御することにより、液２１の吸引及び排出を行う。図２に示すフローチャートのように、先ず吸引プローブ１４を検体容器２０の上方位置にセットする。次に、吸引プローブ１４を下降させる。この際に、液面検知部１８により、プローブ先端が液面に接触したことを検知し、この検知信号に基づき吸引プローブ１４の下降を停止する。この吸引プローブ１４の下降により、プローブ先端は液面内に没する。このプローブ先端の液面没入長さは、液体を吸引しながら下降することにより微小となり、プローブ周面に付着する液によるコンタミネーション、液滴落下や注入量誤差などの影響は少ない。
【００１６】
液面内にプローブ先端が入った状態でシリンジポンプ１１が駆動され、液が吸引プローブ１４から吸引される。所定量の吸引後はプローブ移動部１５によって、吸引プローブ１４が水平移動可能位置まで上昇する。この後、検査チップ２２の上方位置に移動した後に下降して、検査チップ２２に対して液２１が注入される。なお、検査チップ２２は単数でも複数でもよく、複数の場合にはそれぞれの検査チップ２２に対して液２１が分注される。
【００１７】
図３に示すように、本発明の液面検知部１８は、発振器３０と、変調回路３１と、第１のフィルタ回路３２と、検波回路３３と、第２のフィルタ回路３４と、比較器３５，３６とから構成されている。
【００１８】
発振器３０は、１３０ｋＨｚで発振する正弦波発振器から構成されている。発振器３０からの交流信号は、変調回路３１で、吸引プローブ１４と基準接地面（筐体）４０との間の静電容量Ｃ１の変化に応じた静電容量指標信号により変調される。このため、交流信号は、例えば抵抗値が１ＭΩの抵抗器４１，４２と、吸引プローブ１４及び基準接地面４０間の静電容量Ｃ１と、トリマコンデンサ４４とで、分圧される。トリマコンデンサ４４は、静電容量Ｃ１と、トリマコンデンサ４４の静電容量とが等しくなるように調節される。吸引プローブ１４が昇降して検体容器２０内の液面との間の静電容量Ｃ１が変化すると、図４（Ａ）に示すように、静電容量Ｃ１の変化を示す静電容量指標信号により前記交流信号は変調される。
【００１９】
第１フィルタ回路３２は１３０ｋＨｚの交流信号を通すバンドパスフィルタから構成されており、１３０ｋＨｚの周波数成分を増幅する。
【００２０】
検波回路３３は、第１フィルタ回路３２からの出力を検波し、前記静電容量指標信号を取り出す。この検波回路３３からの出力は第２フィルタ回路３４に送られる。第２フィルタ回路３４は２ｋＨｚの交流信号を通すバンドパスフィルタから構成されており、２ｋＨｚの周波数成分を増幅する（図４（Ｂ）参照）。
【００２１】
第１比較器３５は、図４（Ｂ）に示すように、第２フィルタ回路３４からの出力を第１参照電位信号Ｖｒｅｆ１と比較する。そして、第１参照電位信号Ｖｒｅｆ１を超えるときに、図４（Ｃ）に示すように、プローブ先端１４ａが液面に接触したと判定する信号をコントローラ１７に出力する。また、必要に応じて、第２比較器３６が設けられる。この第２比較器３６は、プローブ先端１４ａが液面から離脱したことを検知するものであり、第２フィルタ回路３４からの出力を第２参照電位信号Ｖｒｅｆ２と比較する。そして、第２参照電位信号Ｖｒｅｆ２よりも低いときに、（Ｄ）に示すように、プローブ先端１４ａが液面から離脱したと判定する信号をコントローラ１７に出力する。
【００２２】
第１比較器３５からの液面接触信号がコントローラ１７に入力されると、図２に示すように、この液面接触信号に基づき吸引プローブ１４の下降が停止され、この後に液２１の吸引が行われる。また、液２１の吸引時には吸引に伴う液面の下降に応じた速度で吸引プローブ１４が下降する。これにより吸引プローブ１４の先端の液面没入長さが微小とされ、吸引プローブ１４の先端周囲に付着する液の影響が殆ど無くなる。また、第２比較器３６からの液面離脱信号がコントローラ１７に入力されることにより、吸引動作が正しく行えたか否かを知ることができる。
【００２３】
なお、上記実施形態では、第１フィルタ回路３２により発振器３０の発振周波数である１３０ｋＨｚを増幅するようにしたが、これに代えて、バリキャップダイオードなどを有する同調回路を用いてもよい。この場合には、交流信号を選別して増幅するために、同調回路の共振周波数をコントローラ１７からの信号に基づき調節可能にすることが好ましい。この共振周波数はコントローラ１７においてプログラムに基づき発生させる他に、個別に設けた周波数調整回路により発生させてもよい。
【００２４】
液２１が吸引されたプローブ１４は、プローブ移動部１５によって測定位置である検査チップ２２の上方位置に送られる。測定位置には検査チップ２２が載置されており、この検査チップ２２に所定量の液２１が滴下される。この検査チップ２２は、図示しない生化学分析機内のチップ検出センサにより測光され、この測光信号はコントローラ１７に送られる。コントローラ１７ではこの測光信号に基づき予め記憶している測光信号と物質濃度との関係に基づき所定の生化学分析処理を行う。
【００２５】
生化学分析処理では、ドライタイプの乾式分析素子や電解質スライド（乾式イオン選択電極フイルム）などの検査チップ２２を使用することが一般的となっており、乾式分析素子を用いる比色測定法や、電解質スライドを用いる電位差測定法によって検体中の化学成分等の定量分析を行う。乾式分析素子や電解質スライドは、検体の小滴を点着供給するだけで、検体中に含まれている特定の化学成分又は有形成分を定量分析することができる。
【００２６】
比色測定法を用いる生化学分析処理では、検体を乾式分析素子に点着させた後、これをインキュベータ（恒温器）内で所定時間恒温保持して呈色反応（色素生成反応）させ、予め選定された波長を含む測定用照射光をこの乾式分析素子に照射してその光学濃度を測定し、この光学濃度から、生化学物質の濃度を求める。一方、電位差測定法を用いる生化学分析装置は、上記の光学濃度を測定する代わりに、電解質スライドに点着された検体に、同種の乾式イオン選択電極の２個１組からなる電極対を接触させて、特定イオンの活量を、ポテンシオメトリで定量分析することによって物質濃度を求める。
【００２７】
なお、上記実施形態では検体容器２０内の検体としての液２１を吸引して、検体チップ２２に点着するようにしたが、用いる液体は、例えば尿や血液などの検体の他に、試薬、水などの希釈液であってもよい。また、一つの液を吸引して点着する代わりに、検体と試薬、希釈液と検体などを順次に吸引して、吸引プローブの液通路内等でこれら複数の液を混合する場合に本発明を実施してもよい。
【００２８】
上記実施形態では、検体等の液体の吸引を行う際の圧力媒体として空気を用いたが、これに代えて、図５に示す別の実施形態のように、水等の液体を圧力媒体として用いた液体供給装置４９に本発明を実施してもよい。この場合には、空気等の気体に比べて体積変化量が小さい液体を用いるため、液２１の吸引量や排出量をより一層正確に制御することができる。なお、上記実施形態と同一構成部材には同一符号を付して重複した説明を省略している。
【００２９】
本実施形態のシリンジポンプ５０は、シリンジ本体５１、プランジャ５２、Ｏリング５３、Ｏリング押え５４、ポンプ駆動部１２から構成されている。シリンジ本体５１の周面の一部には、水導入口５５が形成されている。水導入口５５には、チューブ５８を介して水タンク６０からの水６１が供給される。このため、チューブ５８には、電磁弁６２及びポンプ６３が順に設けられている。また、チューブ１３，５８等の液通路には、気泡混入の有無を検出する気泡検知部６５，６６が必要に応じて設けられる。気泡検知部６５，６６は、水中の気泡が検出可能なものであればよく、例えば光学的、または物理的に気泡を検出する。この気泡検知部６５，６６で気泡が検出されたときには、例えば気泡が無くなるまでチューブ１３，５８へ水が導入される。また、分注処理時にも、気泡検知部６５により検体や試薬、希釈液等の液体内に気泡が検出された場合には、この気泡混入液体が排出された後に再度吸引処理が繰り返され、気泡が無い状態で吸引や排出が行われる。これによって、精度のよい分注処理が可能になる。
【００３０】
分注処理に際しては、電磁弁６２を開いた後にポンプ６３が駆動され、チューブ５８を介してタンク６０内の水がシリンジポンプ５０内に送られる。ポンプ６３による水の送出は、水が吸引プローブ１４の先端から排出されるまで行われる。この水のシリンジポンプ５０内への導入時には、気泡検知部６５，６６でチューブ１３，５８内に気泡が混入しているか否かが判定される。そして、例えば気泡が検出されると、この気泡の検出が無くなるまで、水が送られる。各チューブ１３，５８内に気泡が無くなった状態で、水の送り出しが停止される。この後、ポンプ６３及び電磁弁６２がオフにされる。次に、シリンジ本体５１内へプランジャ５２を送り込むことにより、吸引プローブ１４から水を排出させる。次に、水と検体とが混合されることがない程度に空気を吸引プローブ１４内に吸入する。この状態で検体等の液２１を吸引または排出することで、分注処理を精度よく行うことができる。
【００３１】
吸引プローブ１４の下方には、検体容器２０及び反応容器７０が横方向に離されて配置されている。そして、検体容器２０から吸引された液２１が吸引プローブ１４で吸引された後に、反応容器７０に分注される。なお、反応容器に代えて上記実施形態のように検査チップを用いてもよい。また、図１に示す実施形態でも、本実施形態と同じように、チューブ１３内に気泡検知部６５を設けて、気泡を検出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の液面検知装置は、上記実施形態で説明したような生化学分析装置に用いられる他に、１００μＬ以下の液体、特に１〜２０μＬ程度の液体を用いる必要のあるμ−ＴＡＳ、核酸抽出、免疫分析の分析装置や、その他の液体を用いる各種分野で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の液体供給装置の一例を示す概略の斜視図である。
【図２】液体供給装置の液吸引の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】液面検知部を示す電気ブロック図である。
【図４】電気ブロック図における信号の一例を示す線図である。
【図５】圧力媒体として液体を用いた本発明の別の実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  液体供給装置
１１  シリンジポンプ
１２  ポンプ駆動部
１４  吸引プローブ
１４ａ  プローブ先端
１５  プローブ移動部
１７  コントローラ
１８  液面検知部
１８ａ  回路基板
２０  容器
２１  液
２２  検査チップ
４０  基準接地面
５０  シリンジポンプ
５１  水
６５，６６  気泡検知部
Ｃ１  静電容量
【図１】
2007114192.tif 000003
【図２】
2007114192.tif 000004
【図３】
2007114192.tif 000005
【図４】
2007114192.tif 000006
【図５】
2007114192.tif 000007